Már a triászban kialakulhatott a modern hallás képessége

A környezet hangjainak széles tartományát meg kell hallania egy emlősnek ahhoz, hogy sikerrel túlélje élete kihívásait. A modern emlősök hallását az állkapocs csontjaiból lassanként kialakult belső fül apró csontjai biztosítják, kiegészülve a dobhártyával. Míg a madarak vagy a hüllők esetében egyetlen, kengyel jellegű csontocska közvetíti a dobhártya rezgéseit, az emlősöknél ezt három csontocska végzi, a kalapács, az üllő és a kengyel.

De vajon milyen volt ez a korai ősemlősősök, a cynodonták esetében? A Chicagói Egyetem kutatói Alec Wilken vezetésével nemrégiben egy 250 millió éve élt emlősszerű ősállat, a Thrinaxodon liorhinus hallószervének részleteit tárták fel. Az eredményeket a PNAS folyóiratban tették közzé.

A kutatók az ősállat koponyacsontjait és állkapcsát vizsgálták meg nagy részletességű CT felvételek útján, majd a feltárt részletekből mérnöki módszerekkel kimérték, mi módon terjedhetett a leghatékonyabban a hang az állat hallócsontjaihoz. E modellezés azt mutatta, hogy a Thrinaxodon már rendelkezhetett megfelelően nagy dobhártyával, amellyel már a levegőben terjedő hangokat is meghallotta. Ezzel a dobhártya létrejöttét mintegy 50 millió évvel korábbra tették a kutatók, mint azt az eddigi ismeretek alapján tudtuk.

Az eredményt az tette lehetővé, hogy ma már igen fejlett biomechanikai számításokra van lehetőség, amelyekkel pont az efféle finom anatómiai részleteket lehet valószerűen modellezni.

A Thrinaxodon afféle átmeneti állat volt – már nem hüllő, de még nem igazi emlős. A triász időszakban élt, mintegy 250 millió éve, már megkezdődött a fogainál az emlősökre jellemző elkülönülés. A cynodonták pont erről kapták a nevüket is – kutyafogúak – , mivel náluk már nem hüllőszerűen egyformák voltak a teljes állkapocs fogai, hanem volt metszőfogszerű, szemfogszerű és zápfogszerű is köztük.

Ezen kívül a cynodontákban már átalakulóban volt a szájpadlás, a rekeszizom is, megkönnyítendő a légzést és javítva az anyagcserét. Náluk már valószínűleg kialakult a melegvérűség is, és szőrzet is, legalábbis az arc érzőszőrei, számos további részlet mellett.

Az olyan korai cynodontákban, mint amilyen a Thrinaxodon is volt, a fül hallócsontocskái már kialakultak, de még nem váltak el az állkapocstól. Erre is sor került kicsit később, vagyis a középfül létrejöttéhez vezető úton is elindult már ez az ősállat. Már öt évtizede felmerült, hogy ez az ősemlős rendelkezhetett dobhártyához hasonló vékony lebennyel is, amely az állkapocs egy kampós szerkezetén feszült ki.

Azonban a cynodontákat vizsgáló kutatók zömmel úgy vélték, ezek az állatok még egyszerűen csak a csontok által vezetett hangokat hallhatták meg. (Olyasmit képzeljünk el, mint amikor rátesszük a kezünket egy hangszóróra, és érezzük vele a hangok rezgéseit, de ebből még nem tudjuk megállapítani, hogy mit mond épp a rádió műsorvezetője.) Habár a szép elgondolás volt a dobhártyát illető, ám annak idején nem volt olyan módszer, amellyel tesztelni lehetett volna, mennyire működhetett.

A kutatók a Kaliforniai Egyetem Berkeley Őslénytani Múzeumából kérték kölcsön a Thrinaxodon koponyáját, hogy a chicagói paleontológiai labor CT-készülékével beszkennelve megvizsgálják. A kapott 3D modell azután olyan kifinomult részletességgel mutatta meg az állat koponya- és állkapocs anatómiáját, hogy ezen már lehetett modellszámításokat végezni.

Ehhez egy Strand7 nevű szoftvert használtak, amelyben az egyes kis anatómiai részletek konkrét fizikai tulajdonságait lehet kimérni, kiszámolni. Ez esetben azt, hogy például az egyes csontrészletek miként közvetítették a hang rezgéseit. Az efféle szoftverekkel számolják ki például azt, hogy egy híd vagy egy repülőgép elemei mennyire bírják a feszültséget, vagy más mechanikai hatást.

A kutatók végigteszteltek rengeteg lehetséges helyzetet, például a Thrinaxodon egyes csontjainak vastagsága, sűrűsége, rugalmassága alapján, illetve az ezeket összekapcsoló inak, a rajtuk feltapadó izmok valamint a bőr különféle helyzetei szerint. Egyértelmű eredmény született: ha az ősemlős az állkapcsa egy sarkán kifeszült dobhártyával is rendelkezett, sokkal hatékonyabban hallhatott hangokat, mint a csontja által közvetített módon. A dobhártya alakja és mérete elegendő lehetett ahhoz, hogy megfelelő nyomást és rezgést közvetítsen a hallócsontokra, amelyek így elérhették a hallóidegeket is.

Bár részben még az állkapocsra kellett támaszkodnia a hallásában, a hangok zömét már a dobhártya segítségével hallhatta meg.

A CT-vel készült felmérésből olyan 3D modell születhetett, ami szinte életre kelti az ősállatot, így azután modellezés révén kideríthető, miként is terjedt a hang a csontjai között. Azzal, hogy a régi kérdésre mérnöki megoldás útján kerestek választ, sikerült kideríteni: a Thrinaxodon jól hallhatott a dobhártyája segítségével. Ez pedig azt jelenti, hogy már 250 millió évvel ezelőtt, az egészen korai ősemlősök is valószínűleg képesek voltak dobhártya segítségével hallani, pont, ahogy modern utódaik.